互换性与测量技术互换性与测量技术-螺纹连接螺纹连接6.3 概述概述 螺纹的分类螺纹的分类按结合性质和使用要求普通螺纹传动螺纹 主要用于连接和紧固机械零件，是应用最广泛的一种螺纹，如米制普通螺纹。对这类螺纹的主要要求是具有可旋合性及连接可靠性 主要用于传递动力、运动和位移，如机床中的丝杠和螺母。对这类螺纹的主要要求是传递动力可靠、传动比恒定、螺纹接触良好及具有足够的耐磨性，同时还必须有一定的保证间隙，以便传动和储存润滑油紧密螺纹 主要用于密封连接，如管螺纹。对这类螺纹的主要要求是具有良好的旋合性及密封性，以保证不漏水、不漏气、不漏油6.3.1 普通螺纹的基本牙型及主要几何参数普通螺纹的基本牙型及主要几何参数 根据国标GB/T 1922003规定，普通螺纹的基本牙型如图6-9所示。它是在通过螺纹轴线的剖面上，将高度为H的原始等边三角形顶部截去H/8和底部截去H/4后形成的内、外螺纹共有的理论牙型。基本牙型上的尺寸为螺纹的基本尺寸。图6-9 普通螺纹的基本牙型 1普通螺纹的主要几何参数普通螺纹的主要几何参数 普通螺纹的主要几何参数包括大径、小径、中径、螺距和导程、单一中径、牙型高度、牙型角和牙型半角、螺纹升角和螺纹旋合长度等。 1普通螺纹的主要几何参数普通螺纹的主要几何参数 大径是指与内螺纹牙底或与外螺纹牙顶相切的假想圆柱或圆锥的直径。国家标准规定，普通螺纹大径的基本尺寸为螺纹的公称直径尺寸。对内螺纹而言，大径为底径，用D表示；对外螺纹而言，大径为顶径，用d表示。 （1）大径 小径是指与内螺纹牙顶或与外螺纹牙底相切的假想圆柱或圆锥的直径。对内螺纹而言，小径为顶径，用D1表示；对外螺纹而言，小径为底径，用d1表示。 （2）小径 中径是指一个假想圆柱或圆锥的直径，该假想圆柱或圆锥的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。该假想圆柱或圆锥称为中径圆柱或中径圆锥。内螺纹的中径用D2表示；外螺纹的中径用d2表示。 （3）中径 螺距P是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。导程Ph是指同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。对单线螺纹，导程等于螺距，即PhP；对多线螺纹，导程等于螺距P与螺旋线数n的乘积，即PhnP 。 （4）螺距和导程 牙型高度是指在螺纹牙型上，牙顶到牙底在垂直于螺纹轴线方向上的距离。 （5）牙型高度 单一中径是指一个假想圆柱或圆锥的直径，该假想圆柱或圆锥的母线通过牙型上沟槽宽度等于1/2基本螺距的地方。当螺距无误差时，单一中径与中径相等；当螺距有误差时，两者不相等，如图6-2所示。 （6）单一中径 牙型角是指在螺纹牙型上，两相邻牙侧间的夹角；牙型半角/2为牙型角的一半，如图6-3所示。普通螺纹的牙型角60，牙型半角/230 。 （7）牙型角和牙型半角图6-2 单一中径与中径图6-3 牙型角和牙型半角 （8）螺纹升角 螺纹旋合长度L是指两个相互配合的螺纹，沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度。 （9）螺纹旋合长度图6-4 螺纹升角 螺纹升角是指在中径圆柱或中径圆锥上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。如图7-4所示，它与导程Ph和中径d2之间的关系为：6.3.1 普通螺纹几何参数误差对互换性的影响普通螺纹几何参数误差对互换性的影响1）. 中径误差对互换性的影响中径误差对互换性的影响 中径误差是指中径实际尺寸与其基本尺寸之差。内外螺纹旋合时，相互作用集中在牙型侧面上，因此，中径的差异将直接影响牙型侧面的接触状态。 假设其他参数处于理想状态，若外螺纹的中径大于内螺纹的中径，内外螺纹就会产生干涉，难以旋合；若外螺纹的中径小于内螺纹的中径，又会使螺纹结合过松，影响连接的可靠性。因此，加工螺纹牙型时，应当对中径误差加以控制。2.螺纹几何参数对互换性的影响2）. 螺距误差对互换性的影响螺距误差对互换性的影响螺距误差单个螺距误差 又称为局部误差，是指单个螺距的实际尺寸与其基本尺寸之差，它与旋合长度无关螺距累积误差 是指在规定的螺纹长度内，任意两同名牙侧与中径线交点间的实际轴向距离与其基本值之差的最大绝对值，它与旋合长度有关，对互换性的影响更为明显 螺距误差主要影响螺纹的旋合性和连接强度。 假定内螺纹具有基本牙型，外螺纹的中径及牙型半角与内螺纹相同，但外螺纹的螺距有误差，且外螺纹的螺距比内螺纹的螺距大。假定在n个螺牙长度上，螺距累积误差为P，则内外螺纹的牙型将发生干涉（如图7-5（a）所示交叉剖面线部分），从而无法旋合。 为使内外螺纹能够旋合，可将外螺纹的中径减小一个数值fP（当内螺纹的螺距有误差时，可将内螺纹的中径加大一个数值fP）。这个fP值是为补偿螺距累积误差的影响而折算到中径上的数值，称为螺距误差中径当量。（a） （b）图6-5 螺距累积误差对互换性的影响 由图6-5（b）所示几何关系可知： 对于普通螺纹，其牙型角60，则fP1.732P。3） . 牙型半角误差对互换性的影响牙型半角误差对互换性的影响 牙型半角误差是指实际牙型半角与理论牙型半角之差，它也会影响螺纹的旋合性和连接强度。 假设内螺纹具有基本牙型，外螺纹的中径及螺距与内螺纹相同，且都没有误差，但外螺纹的牙型半角有误差，内外螺纹旋合时，在牙侧将会产生干涉，难以旋合，如图6-6所示。 （a） （b）图6-6 牙型半角误差对互换性的影响外螺纹的牙型半角小于内螺纹的牙型半角外螺纹的牙型半角大于内螺纹的牙型半角 为使内外螺纹能够旋合，应将外螺纹的实际中径减小一个数值f/2（当内螺纹牙型半角有误差时，可将内螺纹的实际中径增加一个数值f/2）。这个f/2值是为补偿牙型半角误差的影响而折算到中径上的数值，称为牙型半角误差中径当量。 f/2与左、右牙型半角误差的关系为：式中： 、 左、右牙型半角误差（）； K1、K2系数，对外螺纹，当牙型半角误差为正值 时，K1（或K2）取2，当牙型半角误差为负值时，K1 （或K2）取3；对内螺纹，当牙型半角误差为正值时， K1（或K2）取3，当牙型半角误差为负值时，K1（或K2）取2。 3. 螺纹中径合格性判断原则螺纹中径合格性判断原则 对内螺纹，当有P和/2后，只能与一个中径较小的外螺纹旋合，其效果相当于内螺纹的中径减小了，这个减小了的假想中径称为内螺纹的作用中径D2m，它是与外螺纹旋合时起作用的中径，其值为： D2mD2a（fPf/2） 对外螺纹，当有P和/2后，只能与一个中径较大的内螺纹旋合，其效果相当于外螺纹的中径增大了，这个增大了的假想中径称为外螺纹的作用中径d2m，它是与内螺纹旋合时起作用的中径，其值为： d2md2a（fPf/2） 根据以上分析可知，螺纹中径是衡量螺纹互换性的主要参数。螺纹中径合格性判断原则：实际螺纹的作用中径不能超出最大实体牙型的中径，实际螺纹上任意位置的实际中径（单一中径）不能超出最小实体牙型的中径，即：对内螺纹 D2mD2min，D2aD2max对外螺纹 d2md2max，d2ad2min 有一内螺纹M20-7H，测得其实际中径D2a = 18.61mm,螺距累积误差P = 40 m,实际牙型半角/2(左)=3030,/2(右) 2910，问此内螺纹的中径是否合格？查表得6-8，M207H得螺距P = 2.5mm，中径D2 18.376mm， 查表得6-10，中径公差TD2 = 0.280mm，查表得6-11，中径下偏差EI = 0，中径的极限尺寸D2max= 18.656mm，D2min = 18.376mm内螺纹的作用中径： D2m = D2a ( fp + f/2)fp = 1.732 |P| = 1.732 40 = 69.28 m = 0.06928mmf/2 = 0.073p(K1|1/2| + K2 |2/2|= 0.0732.5 (3 30 + 2 50) = 34.675mD2m = 18.61 0.06928 0.035 = 18.506 mm根据中径合格性判断原则： D2a 18.61 mm D2min = 18.376mm D2a D2min 内螺纹的中径合格。课堂练习课堂练习6.3.2 普通螺纹的公差与配合普通螺纹的公差与配合一、一、 普通螺纹的公差带普通螺纹的公差带 普通螺纹公差带与尺寸公差带一样，其大小由公差等级决定，位置由基本偏差决定。普通螺纹公差带以基本牙型为零线，沿着螺纹牙型的牙侧、牙顶和牙底分布，并在垂直于螺纹轴线的方向上计量。 普通螺纹中，为了满足互换性的要求，只需规定大径、小径和中径公差。而螺纹底径是在加工时与中径一起由刀具切出的，其尺寸由刀具保证，因此，国标没有规定底径公差，只规定内外螺纹牙底的实际轮廓不能超出基本偏差所确定的最大实体牙型，以保证旋合时不会发生干涉。这样，在普通螺纹国家标准中，只规定了内螺纹的小径D1、中径D2和外螺纹的大径d、中径d2的公差。 螺纹的公差等级如表6-9所示。其中，3级精度最高，9级精度最低，6级为基本级。内外螺纹的顶径公差值TD1、Td和中径公差值TD2、Td2参见课本表6-10和表6-11。 1公差等级公差等级表6-9 螺纹的公差等级 内外螺纹公差带的位置如图6-7所示。对内螺纹，基本偏差为下极限偏差EI；对外螺纹，基本偏差为上极限偏差es。 2基本偏差基本偏差（a） （b）（c） （d） 图6-7 内外螺纹公差带 普通螺纹国家标准中规定，内螺纹有两种公差带位置，其基本偏差分别为G、H；外螺纹有四种公差带位置，其基本偏差分别为e、f、g、h。选择基本偏差主要依据螺纹表面涂镀层的厚度及螺纹件的装配间隙。二、二、 普通螺纹旋合长度和公差精度普通螺纹旋合长度和公差精度 为满足普通螺纹不同使用性能的要求，国家标准将螺纹的旋合长度分为了短旋合长度组S、中等旋合长度组N和长旋合长度组L三组。 设计时，一般选择中等旋合长度组N，只有当结构或强度上需要时，才选用短旋合长度组S或长旋合长度组L。在满足使用要求的前提下，应尽可能缩短旋合长度。因为旋合长度较长时，不仅结构笨重，加工困难，而且由于螺距累积误差增大，会降低承载能力，造成螺牙强度和密封性下降。 1旋合长度旋合长度 螺纹公差精度由螺纹公差等级和旋合长度两个因素决定。当公差等级一定时，旋合长度越长，加工时产生的螺距累积误差和牙型半角误差就可能越大，以同样的中径公差值加工就越困难。 2公差精度公差精度 螺纹公差精度等级的高低，反映螺纹加工的难易程度。国标规定了精密、中等和粗糙三种公差精度等级。其中，精密级主要用于精密螺纹；中等级主要用于一般用途螺纹；粗糙级主要用于制造螺纹有困难的场合。 实际选用时，还必须考虑螺纹的工作条件、尺寸大小、工艺结构及加工的难易程度等因素。例如，当螺纹承载较大，且为交变载荷或有较大振动时，应选用精密级；对于小直径螺纹，为保证连接强度，应提高其公差精度。6.3.3 普通螺纹标记普通螺纹标记 完整的螺纹标记由螺纹特征代号、尺寸代号、公差带代号及其他有必要进一步说明的个别信息组成。 普通螺纹的特征代号用字母“M”表示。 1特征代号特征代号 单线螺纹的尺寸代号为“公称直径螺距”，公称直径和螺距数值的单位为毫米（mm）。对粗牙螺纹，可以省略标注其螺距项。例如，公称直径为8 mm、螺距为1 mm的单线细牙螺纹标记为M81；公称直径为8 mm、螺距为1.25 mm的单线粗牙螺纹标记为M8。 2尺寸代号尺寸代号 多线螺纹的尺寸代号为“公称直径Ph（导程）P（螺距）”，公称直径、导程和螺距数值的单位为毫米（mm）。如果要进一步表明螺纹的线数，可在后面增加括号说明（使用英语进行说明，例如，双线为two starts；三线为three starts）。例如，公称直径为16 mm、螺距为1.5 mm、导程为3 mm的双线螺纹标记为M16Ph3P1.5或M16Ph3P1.5（two starts）。 普通螺纹的公差带代号包含中径公差带代号和顶径公差带代号。中径公差带代号在前，顶径公差带代号在后。各直径的公差带代号由表示公差等级的数值和表示公差带位置的字母（内螺纹用大写字母；外螺纹用小写字母）组成。如果中径公差带代号和顶径公差带代号相同，则应只标注一个公差带代号。螺纹尺寸代号与公差带间用“”号分开。 3公差带代号公差带代号 例如，中径公差带为5g、顶径公差带为6g的外螺纹标记为M1015g6g；中径公差带和顶径公差带都为6H的粗牙内螺纹标记为M106H。 在下列情况下，中等公差精度螺纹不标注其公差带代号： 对内螺纹，公差带为5H，公称直径小于和等于1.4 mm时；公差带为6H，公称直径大于和等于1.6 mm时。 对外螺纹，公差带为6h，公称直径小于和等于1.4 mm时；公差带为6g，公称直径大于和等于1.6 mm时。 内外螺纹配合时，内螺纹公差带代号在前，外螺纹公差带代号在后，中间用斜线分开。例如，公差带为6H的内螺纹与公差带为5g6g的外螺纹组成的配合标记为M202-6H/5g6g。 对短旋合长度组和长旋合长度组的螺纹，应在公差带代号后分别标注“S”和“L”代号。旋合长度代号与公差带间用“”分开。中等旋合长度组螺纹不标注旋合长度代号N。例如，短旋合长度的内螺纹标记为M2025HS；长旋合长度的内外螺纹标记为M67H/7g6gL。 4旋合长度和旋向代号旋合长度和旋向代号 对左旋螺纹，应在旋合长度代号之后标注“LH”代号。旋合长度代号与旋向代号间用“”分开。右旋螺纹不标注旋向代号。例如，左旋螺纹M60.755h6hSLH。 课堂练习课堂练习 (1) M20-5H： (2) M16-5H6H-L：(3) M3016H/5g6g： (4) M20-5h6h-S： (1) M20-5H：普通内螺纹，公称直径为20mm，中径和顶径公差带代号均为5H。(2) M16-5H6H-L：普通内螺纹，公称直径为16mm,中径公差带代号为5H，顶径公差带代号为6H，长旋合长度。 (3) M3016H/5g6g：公称直径为30mm，螺距为1mm的普通内、外螺纹配合。内螺纹的中径与顶径公差带代号为6H；外螺纹的中径公差带代号为5g，顶径公差带代号为6g。(4) M20-5h6h-S：普通外螺纹，公称直径为20mm，中径 公差带代号为5h，顶径公差带代号为6h，短旋合长度。6.3.4 普通螺纹公差带与配合的选择普通螺纹公差带与配合的选择 1螺纹公差等级与旋合长度螺纹公差等级与旋合长度 螺螺纹纹结结合合的的精精度度不不仅仅与与螺螺纹纹公公差差带带大大小小有有关关，还还与与螺螺纹纹的的旋旋合合长长度度有有关关。因因此此对对不不同同的的旋旋合合长长度度规规定定不不同同大大小小的的公公差差带带，旋旋合合长长度度是是螺螺纹纹精精度度设设计计中中必必须须考考虑虑的的因素。因素。 国标中规定了不同直径和螺距所对应的旋合长度，国标中规定了不同直径和螺距所对应的旋合长度，分为分为短（短（S S）、中（）、中（N N）、长（）、长（L L）三种旋合长度）三种旋合长度。 国标按螺纹公差等级和旋合长度规定了三种类型的公国标按螺纹公差等级和旋合长度规定了三种类型的公差带，分别是差带，分别是精密级、中等级和粗糙级精密级、中等级和粗糙级，代表着不同的，代表着不同的加工难度加工难度。 结合精度的确定：结合精度的确定： 精密级精密级用于精密联结螺纹。用于精密联结螺纹。 中等级中等级用于一般用途联结。用于一般用途联结。 粗糙级粗糙级用于要求不高及制造困难的螺纹。用于要求不高及制造困难的螺纹。 旋合长度的确定：旋合长度的确定：一般多用一般多用N N组。根据公称直径和螺距选择。组。根据公称直径和螺距选择。公差带的确定：是螺纹公差等级和基本偏差的组合。表示方法是公差等级后加上基本偏差代号。 如外螺纹：6f；内螺纹：6H。与普通尺寸标注有差别。6.3.4 普通螺纹公差带与配合的选择普通螺纹公差带与配合的选择 2公差带的选择公差带的选择o公公差差带带的的大大小小和和公公差差等等级级：公公差差带带的的大大小小由由公公差差值值确确定定，表表示螺纹中径尺寸的允许变动量。其中示螺纹中径尺寸的允许变动量。其中6 6级为基本级。级为基本级。 o公公差差带带的的位位置置和和基基本本偏偏差差 : :公公差差带带的的位位置置是是指指公公差差带带相相对对于于基基本本牙牙型型的的距距离离，该该距距离离由由基基本本偏偏差差决决定定。规规定定内内螺螺纹纹的的下下偏偏差差（EIEI）和和外外螺螺纹纹的的上上偏偏差差（eses）为为基基本本偏偏差差。对对内内螺螺纹纹规规定定代代号号为为H H和和G G的的两两种种基基本本偏偏差差，如如图图7-57-5所所示示；对对外外螺螺纹纹规定代号为规定代号为e e、f f、g g、h h四种基本偏差四种基本偏差，如图，如图7-67-6所示所示. . 螺纹中径和顶径的基本偏差：螺纹中径和顶径的基本偏差： 内螺纹 外螺纹配合的选用：配合的选用：理论上，表中的内外螺纹可以构成各种配合，但从理论上，表中的内外螺纹可以构成各种配合，但从保证足够的接触强度出发，保证足够的接触强度出发，最好选用最好选用H/gH/g、H/hH/h、G/hG/h的配合。的配合。 一般情况下，一般情况下，选用中等精度、中等旋合长度的公差带，即内螺选用中等精度、中等旋合长度的公差带，即内螺纹公差带常选纹公差带常选6H6H、外螺纹公差带、外螺纹公差带6h6h、6g6g应用较广。应用较广。表面粗糙度：表面粗糙度：国标有普通螺纹的表面粗糙度推荐值。国标有普通螺纹的表面粗糙度推荐值。 查表写出查表写出M202-6H/5g6g的大、中、小径尺寸，中径和顶径的上下的大、中、小径尺寸，中径和顶径的上下偏差和公差。偏差和公差。M202 6H/5g6g大径D、d：20mm中径D2，d2：18.701mm小径D1，d1：17.335mm内螺纹：因为中径和顶径公差带代号均为6H，查表得基本偏差为EI = 0 内螺纹中径公差TD2 =0.212mm 中径下偏差EI 0 所以内螺纹中径上偏差ES =EI +TD2 = 0 +0.212 = +0.212mm 内螺纹顶径公差TD1 = 0.375 mm 顶径下偏差EI = 0 所以内螺纹顶径D1上偏差 0.375 mm + 0 = +0.375mm外螺纹：因为中径公差带代号为5g，查表得中径的基本偏差为上偏差es = - 0.038mm 中径公差Td2 = 0.125mm中径下偏差ei = es - Td2 = - 0.038 0.125 =- 0.163mm顶径公差带代号为6g查表得外螺纹顶径的基本偏差为上偏差es = - 0.038mm 顶径公差Td = 0.280 mm顶径下偏差ei = es Td = - 0.038 0.280 = - 0.318mm 6.3.5 普通螺纹的检测普通螺纹的检测一一 综合检验综合检验 综合检验的目的是检验螺纹各参数误差的综合结果是否符合螺纹的使用性能要求。生产中，内螺纹的小径和外螺纹的大径分别用光滑极限塞规和光滑极限环规（或卡规）检验，其他参数均用螺纹量规来检验。其中，检验内螺纹的量规称为螺纹塞规；检验外螺纹的量规称为螺纹环规，如图7-8所示。（a）（b）图6-8 螺纹量规 根据螺纹中径合格性的判断原则，螺纹量规的通规和止规在螺纹长度和牙型上的结构特征是不同的。 螺纹通规主要用于检验作用中径，使其不得超出最大实体牙型中径（同时控制螺纹的底径）。当螺纹通规可以和螺纹工件自由旋合时，表示螺纹工件的作用中径没有其超出最大实体牙型中径。 螺纹止规只控制螺纹的实际中径不超出其最小实体牙型中径。当螺纹止规不能旋合或不完全旋合时，表示螺纹的实际中径没有超出其最小实体牙型中径。 如果螺纹通规能自由旋过工件，螺纹止规不能旋入工件（或旋入工件不超过两圈），则表示工件合格；否则不合格。二二 单项测量单项测量 单项测量是指分别测量螺纹的各个参数。单项测量主要用于螺纹工件的工艺分析或螺纹量规和螺纹刀具的质量检查。用得最多的是工具显微镜和投影仪。 三针法主要用于测量精密外螺纹（如螺纹塞规、丝杠等）的中径d2，如图6-14所示。测量时，将三根直径相等的精密量针放在被测螺纹沟槽中，用光学或机械量仪测出针距M，然后根据被测螺纹已知的螺距P、牙型半角/2及量针直径d0，计算出螺纹中径的实际尺寸。 用三针法测量螺纹中径用三针法测量螺纹中径图6-14 三针法测量螺纹中径